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A61B5/00—Detecting, measuring or recording for diagnostic purposes; Identification of persons

A61B5/06—Devices, other than using radiation, for detecting or locating foreign bodies ; determining position of probes within or on the body of the patient

A—HUMAN NECESSITIES

A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE

A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION

A61B5/00—Detecting, measuring or recording for diagnostic purposes; Identification of persons

A61B5/06—Devices, other than using radiation, for detecting or locating foreign bodies ; determining position of probes within or on the body of the patient

A61B5/061—Determining position of a probe within the body employing means separate from the probe, e.g. sensing internal probe position employing impedance electrodes on the surface of the body

A61B5/062—Determining position of a probe within the body employing means separate from the probe, e.g. sensing internal probe position employing impedance electrodes on the surface of the body using magnetic field

A—HUMAN NECESSITIES

A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE

A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION

A61B5/00—Detecting, measuring or recording for diagnostic purposes; Identification of persons

A61B5/7285—Specific aspects of physiological measurement analysis for synchronising or triggering a physiological measurement or image acquisition with a physiological event or waveform, e.g. an ECG signal

A61B5/7289—Retrospective gating, i.e. associating measured signals or images with a physiological event after the actual measurement or image acquisition, e.g. by simultaneously recording an additional physiological signal during the measurement or image acquisition

Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß die periodische Bewegung des Körperorgans, relativ zu dem die Position des medizinischen Instruments bestimmt werden soll, zur Positionsbestimmung mit herangezogen werden kann. The invention is based on the recognition that the periodic movement of the body organ, relative to which the position of the medical instrument to be determined, can be used for position determination.Dazu wird ein im Zusammenhang mit der periodischen Bewegung des Körperorgans stehendes periodisches Bewegungssignal gemessen, beispielsweise ein von der Atembewegung des Patienten abhängiges Atembewegungssignal oder ein mit der Herzbewegung zusammenhängendes Elektrokardiogramm, während mittels einer Meßanordnung, beispielsweise mittels der bekannten elektromagnetischen Meßeinrichtung, die Raumposition des medizinischen Instruments und einer Referenzprobe bestimmt wird. For this, a standing in connection with the periodic movement of the body organ periodic motion signal is measured, for example, of respiratory movement of the patient-dependent respiratory motion signal, or a contiguous with the heart movement electrocardiogram, while by means of a measuring arrangement, for example by means of known electromagnetic measuring device, the spatial position of the medical instrument and a reference sample is determined.Die Referenzprobe ist dabei außerhalb des Körpers des Patienten, beispielsweise an dessen Körperoberfläche oder am Patiententisch, angeordnet und derart ausgestaltet, daß ihre Position mittels der Positionsmeßeinheit bestimmt werden kann. The reference sample is outside the body of the patient, for example on the body surface or on the patient table, arranged and designed such that their position can be determined by means of the position measurement.Es können auch zwei Referenzproben vorgesehen sein, von denen eine am Körper des Patienten und die zweite am Patiententisch angeordnet sind. There may be provided, one of which are arranged on the patient table on the body of the patient and the second two reference samples.

Bereits vor dem medizinischen Eingriff ist mittels einer Bilddatenerfassungseinheit, beispielsweise mittels einer Magnetresonanztomographieeinheit, eines Computertomographen, einer Ultraschall- oder Röntgeneinrichtung, eine Bilddatenbank aufgebaut worden, in die einzelne 3D-Bilddatensätze aufgenommen sind, die zeitgleich mit demselben periodischen Bewegungssignal erfaßt wurden, das auch bei der intraoperativen Bestimmung der Raumpositionen erfaßt wird, wobei jeder einzelne 3D-Bilddatensatz einer einzelnen Bewegungsphase innerhalb einer Periode des Bewegungssignals zugeordnet ist. Even before the medical procedure an image database by way of an image data acquisition unit, for example by means of a magnetic resonance imaging unit, a computer tomograph, an ultrasound or X-ray device has been constructed are included in the individual 3D image data sets, which have been simultaneously recorded with the same periodic motion signal even at sensing the intra-operative determination of the spatial positions, wherein each individual 3D image data set of an individual motion phase is assigned within one period of the motion signal.Außerdem muß präoperativ auch die Referenzprobe bereits an ihrem späteren Anbringungsort angeordnet sein und ihre Position relativ zu den 3D-Bilddatensätzen bestimmt werden. In addition, the reference sample must be placed already at its later installation location and position are determined relative to the 3D image data sets preoperatively.Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die Referenzprobe so ausgestaltet ist, daß sie bei der Bilddatenerfassung mit erfaßt und in den einzelnen 3D- Bilddatensätzen erkennbar ist. This can for example take place in that the reference sample is designed such that it records image data in the individual 3D can be recognized with detected in the image data acquisition and.Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Position der Referenzprobe relativ zur Bilddatenerfassungseinheit bestimmt wird, z. Another possibility is that the position of the reference sample is determined relative to the image data acquisition unit, z.B. indem mittels der bekannten Positionsmeßeinheit die Position der Bilddatenerfassungseinheit und der Referenzprobe bestimmt wird. Example, by the position of the image data acquisition unit and the reference sample is determined by means of known position measurement.

Anhand der Bewegungsphase bei der Bestimmung der Raumposition des medizinischen Instruments und der Referenzprobe wird nun (intraoperativ) aus der Bilddatenbank derjenige 3D-Bilddatensatz ausgesucht, welcher derselben Bewegungsphase zugeordnet ist. On the basis of the movement phase in the determination of the spatial position of the medical instrument and the reference sample is now (intraoperatively) selected from the image database the one 3D image data set, which is assigned to the same movement phase.Das Bewegungssignal, genauer gesagt die einzelne Bewegungsphase, stellt somit quasi die Verknüpfung her zwischen der intraoperativ ermittelten Raumposition des medizinischen Instruments und dem die Information über die Lage der Anatomie in derselben Bewegungsphase enthaltenden präoperativ ermittelten 3D-Bilddatensatz. The motion signal, more specifically the single phase of movement, thus provides quasi linking forth between the intra-operatively determined spatial position of the medical instrument and the information on the position of the anatomy in the same movement phase containing preoperatively determined 3D image data set.Da in diesem 3D- Bilddatensatz auch die Position der Referenzprobe relativ zu dem Körperorgan bekannt ist, und die aktuelle Raumposition der Referenzprobe gemessen wurde, kann daraus eine Umrechnungsformel ermittelt werden, durch die die gemessene Raumposition des medizinischen Instruments auf einfache Weise, beispielsweise mittels einfacher Koordinatentransformation, in dessen Position relativ zu dem Körperorgan umgerechnet werden kann. Also, since the position of the reference sample in this 3D image data set relative to the body organ known, and the current spatial position of the reference sample was measured, it can be determined a conversion formula by which the measured spatial position of the medical instrument in a simple manner, for example by means of simple coordinate transformation , in whose position can be converted relative to the body organ.Durch die Erfindung wird es somit ermöglicht, die Position eines in den Körper eines Patienten eingeführten medizinischen Instruments relativ zu einem sich periodisch bewegenden Körperorgan, beispielsweise die Position eines in eine Herzkammer eingeführten Katheters, exakt zu bestimmen und Bewegungen des Instruments zu verfolgen. By the invention it is thus possible to determine the position of an inserted into the body of a patient medical instrument relative to a periodically moving body organ, for example the position of an inserted into a ventricle catheter exactly and to follow movements of the instrument.Der Arzt kann somit das Instrument an genau vorbestimmte Positionen dirigieren und dort die gewünschten Eingriffe vornehmen. Doctors can therefore direct the instrument to precisely predetermined positions and there make the necessary interventions.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich aus den weiteten Ansprüchen. Advantageous embodiments of the method and the arrangement according to the invention result from the widened claims.

Die Entscheidung, welches Bewegungssignal aufgezeichnet und bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden soll, hängt insbesondere davon ab, welcher Bewegung das in den Körper eingeführte medizinische Instrument selbst ausgesetzt ist, bzw. welche Bewegung das Körperorgan ausführt, innerhalb dessen oder in dessen Umgebung das medizinische Instrument arbeiten soll. The decision which is to be recorded motion signal and used in the process of this invention depends in particular on which motion the introduced into the body of medical instrument itself is exposed, or which movement carries the body organ within which or in the vicinity thereof, the medical instrument is to operate.Bei einem Herzkatheter wird dies insbesondere die Herzbewegung sein, so daß es sich vorteilhaft anbietet, ein Elektrokardiogramm des Patienten als Bewegungssignal zu erfassen. In a cardiac catheter, this will be in particular heart motion, so that it lends itself advantageously to detect an electrocardiogram of the patient as the motion signal.Bei Eingriffen am Gehirn kommt ebenfalls ein Elektrokardiogramm in Betracht. During operations on the brain also an electrocardiogram can be considered.In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist auch vorgesehen, als Bewegungssignal ein von der Atembewegung des Patienten abhängiges Atembewegungssignal zu erfassen. In an advantageous embodiment is also provided to detect when a motion signal is dependent on the respiratory motion of the patient's respiratory motion signal.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, ein solches Atembewegungssignal zusätzlich zu einem anderen Bewegungssignal, beispielsweise dem Elektrokardiogramm, zu erfassen und dazu zu verwenden, bei der Bestimmung der Position des medizinischen Instruments gemäß dem oben beschriebenen Verfahren auch die Bewegungen der Anatomie und ggf. des medizinischen Instruments aufgrund der Atmung zu berücksichtigen und entsprechend zu korrigieren. In an advantageous development of such a respiratory movement signal is provided to capture in addition to another motion signal, for example the electrocardiogram and to be used to optionally the medical in determining the position of the medical instrument in accordance with the method described above the movements of the anatomy and Instruments to be considered due to respiration and correct accordingly.Bei dieser Weiterbildung wird eine noch größere Genauigkeit der Positionsbestimmung erreicht. In this development, an even greater accuracy of position determination is achieved.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zudem vorgesehen, auch während der Bestimmung der Raumposition des medizinischen Instruments und der Referenzprobe einen 3D- Bilddatensatz zu erfassen, was beispielsweise mittels eines Echtzeit-3D- Ultraschallverfahrens möglich ist, und bei der Bestimmung der Position des medizinischen Instruments relativ zu dem Körperorgan zu verwenden und/oder in die Bilddatenbank aufzunehmen. In an advantageous embodiment, it is additionally provided to detect a 3D image data set during the determination of the spatial position of the medical instrument and the reference sample, which is possible for example by means of a real-time 3D ultrasound method, and relatively in determining the position of the medical instrument to to use the body organ and / or included in the image database.Dadurch kann ggfb eine weitere Erhöhung der Genauigkeit der Positionsbestimmung erreicht werden. Thus the positioning can be achieved ggfb to further increase the accuracy.Außerdem stehen dadurch Informationen über einen Echtzeit-3D-Bilddatensatz zur Verfügung, der bei der Erstellung eines Bildes des Umgebungsbereichs des medizinischen Instruments aus dem ausgewählten 3-D- Bilddatensatz mit verwendet werden, welches dann auf einer Anzeigevorrichtung darstellbar ist und in welches die Position des medizinischen Instruments eingeblendet werden kann, was bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen ist. Further characterized available information about a real-time 3D image data set available, which are used in the creation of an image of the surrounding area of ​​the medical instrument from the selected 3-D image data set with which then can be displayed on a display device and in which the position of the can be displayed medical instrument, which is provided in a further advantageous embodiment.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to the drawings.Es zeigen: Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens,Fig. 1 is a block diagram for explaining the method according to the invention,

Aus den gelieferten Daten wird nun in der Steuer- und Recheneinheit 11 die Position des Katheters 4 relativ zum Herzen 3 bestimmt, und es kann anhand der vorhandenen 3D- Bilddatensätze ein Bild der den Katheter umgebenden Anatomie ermittelt werden, welches auf einer Anzeigevorrichtung 13 darstellbar ist. From the supplied data is now determined in the control and computing unit 11, the position of the catheter 4 relative to the heart 3, and it can be based on the existing 3D image data sets an image of the surrounding the catheter anatomy are determined, which is displayed on a display device 13 ,Da dies während der Behandlung fortlaufend möglich ist, kann der behandelnde Arzt anhand der dargestellten Bilder, in die jede aktuelle Position des Katheters oder das Katheter selbst eingeblendet werden kann, sehen, wo sich der Katheter gerade befindet. Since this is continuously possible during treatment, the physician may by the depicted images can be displayed in the each current position of the catheter or the catheter itself, see where the catheter is in.Er kann somit bestimmte Punkte, z. so it can certain points such.B. innerhalb des Herzens, mit hoher Genauigkeit ansteuern, da gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren die Eigenbewegung des Herzens bei der Positionsbestimmung des Katheters relativ zum Herzen mit berücksichtigt wird und nicht zu Fehlergebnissen führen kann. B. within the heart to control with high accuracy since according to the proposed method, the proper motion of the heart when determining the position of the catheter relative to the heart is taken into account with, and can not lead to false results.

Anhand der Fig. 2 und 3 soll das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden. Referring to Figs. 2 and 3, the inventive method is illustrated.In Fig. 2 sind die einzelnen Verfahrensschritte S1 bis S5 in einem Ablaufplan dargestellt. In FIG. 2, the individual process steps S1 are shown in a flow chart to S5.In dem präoperativ durchzuführenden Verfahrensschritt S1 werden die 3D-Bilddatensätze und gleichzeitig das Elektrokardiogramm des Patienten erfaßt und als Bilddatenbank in der Speichereinheit 12 abgelegt. In the method to be carried out preoperatively step S1, the 3D image data sets are acquired at the same time and the electrocardiogram of the patient and stored as an image database in the storage unit 12thBei den nachfolgenden während der Behandlung durchzuführenden Verfahrensschritten wird zunächst im Verfahrensschritt S2 die Raumposition des Katheters und der Referenzprobe mittels der Positionsmeßeinheit gemessen, während gleichzeitig ein Elektrokardiogramm des Patienten geschrieben wird. In the following to be carried out during the treatment process steps, the spatial position of the catheter and the reference sample is measured by the position measurement, first in step S2, while an electrocardiogram of the patient is written.Anhand der Bewegungsphase des Herzens, dh anhand des Zeitpunkts innerhalb einer Periode des Elektrokardiogramms, zu dem diese Positionsmessung erfolgt ist, wird nun im Verfahrensschritt S3 derjenige oder diejenigen 3D-Bilddatensätze aus der Bilddatenbank ausgewählt, die derselben Bewegungsphase, also demselben Zeitpunkt innerhalb der Periode des Elektrokardiogramms zugeordnet sind. Based on the movement phase of the heart, ie on the basis of the time point within a period of the electrocardiogram to which this position measurement has taken place, the one or those 3D image data sets will be selected from the image database in step S3, the same movement phase, that same point in time within the period of electrocardiogram are assigned.Aus der aktuell gemessenen Raumposition des Katheters und der Referenzprobe, dem ausgewählten 3D-Bilddatensatz und der Information über die Position der Referenzprobe relativ zum 3D-Bilddatensatz wird anschließend im Verfahrensschritt S4 die Position des Katheters in dem 3D- Bilddatensatz und damit die Position des Katheters relativ zum Herzen, über das Bildinformationen in dem 3D-Bilddatensatz enthalten sind, umgerechnet. the position of the catheter in the 3D image data set, and thus the position of the catheter is then in step S4 the currently measured spatial position of the catheter and the reference sample, the selected 3D image data set and the information on the position of the reference sample with respect to the 3D image data set relatively are included to the heart, on the image information in the 3D image data set, converted.Für diese Umrechnung wird die gemessene Raumposition der Referenzprobe und die Information über die Position der Referenzprobe relativ zum 3D-Bilddatensatz derart ausgenutzt, daß aus den aktuell gemessenen Raumpositionen des Katheters und der Referenzprobe die relative Lage des Katheters zur Referenzprobe ermittelt und dann in den 3D-Bilddatensatz übertragen wird. For this conversion the measured spatial position of the reference sample and the information on the position of the reference sample is utilized relative to the 3D image data set so that from the currently measured spatial positions of the catheter and the reference sample to determine the relative position of the catheter to the reference sample and then in the 3D image data set is transmitted.Schließlich kann aus dem ausgewählten 3D-Bilddatensatz ein Bild des Herzens ermittelt werden, in das die Position des Katheters oder der Katheter selbst eingeblendet ist. Finally, an image of the heart can be determined from the selected 3D image data set, in which the position of the catheter or the catheter itself is displayed.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einem Blockschaltbild.Fig. 5 shows a further embodiment of the invention in a block diagram.Zusätzlich zu den in Fig. 1 gezeigten Mitteln ist bei dieser Ausführungsform eine an der Körperoberfläche des Patienten 2 angebrachte Patienten-Referenzprobe 21 vorgesehen. Addition to those shown in FIG. 1, a means attached to the body surface of the patient 2 patients reference sample 21 is provided in this embodiment.Diese ist ebenfalls mit der HF-Verarbeitungseinheit 7 verbunden, und deren Position im Raum wird wie die Katheterposition und die Referenzprobenposition laufend ermittelt. This is also connected to the RF processing unit 7, and their position in space as the catheter position and the reference sample position continuously determined.Die gemessene Position der Patienten-Referenzprobe 21 kann vorteilhaft dazu benutzt werden, um Bewegungen des Patienten 2 während der Behandlung bei der Bestimmung der Position des Katheters relativ zum Herzen zu berücksichtigen. The measured position of the patient reference sample 21 can be used advantageously used to account for movements of the patient 2 during the treatment in determining the position of the catheter relative to the heart.Dazu wird die relative Lage der Raumpositionen der beiden Referenzproben 6 , 21 , der relative Lage im Ausgangszustand (Ruhezustand des Patienten) bekannt ist, dazu benutzt, das Ausmaß der Positionsveränderung des Patienten während der Behandlung zu bestimmen und bei der weiteren Berechnung zu korrigieren. For this, the relative position of the spatial positions of the two reference samples 6,21, the relative position in the initial state (the patient's state of rest) is known, used to determine the extent of the patient's change in position during the treatment and to correct for the further calculation.Die relative Lage der Raumposition des Katheters 4 zur Patienten-Referenzprobe 21 wird anschließend dazu benutzt, die Raumposition des Katheters 4 in eine Position relativ zum 3D-Bilddatensatz und damit zum Herzen umzurechnen. The relative position of the spatial position of the catheter 4 to the patient's reference sample 21 is then used to thus convert the spatial position of the catheter 4 in a position relative to the 3D image data set and to the heart.

Außerdem ist bei dieser Ausführungsform ein Atembewegungssensor 15 vorgesehen, der die Atembewegung des Patienten 2 überwacht und ein Atembewegungssignal mißt, das an die Atembewegungsmeßeinheit 16 geliefert wird. In addition, a respiratory movement sensor 15 is provided in this embodiment which monitors the breathing motion of the patient 2 and a respiratory motion signal is measured, which is supplied to the Atembewegungsmeßeinheit sixteenthDieser Atembewegungssensor 15 kann beispielsweise wie im gezeigten Fall ein im Bauchbereich des Patienten 2 angeordneter durch die Atembewegung elastisch verformbarer Bauchgurt sein, denkbar sind hierfür jedoch auch andere Mittel wie z. This respiratory motion sensor 15 may be a arranged in the stomach region of the patient 2 elastically deformable by the respiratory movement abdominal belt as in the case shown, for example, but this are conceivable, other means such as well.B. eine Ultraschalleinrichtung oder eine im Bauchbereich des Patienten angeordnete Widerstandsmeßeinrichtung zur Messung des sich aufgrund der Atmung veränderten elektrischen Widerstands des Patienten 2 . B. an ultrasonic device or arranged in the abdominal area of the patient to measure the resistance measuring is changed due to respiration of the patient's electrical resistance. 2Das kontinuierlich während der Messung der Raumpositionen des Katheters und der Referenzproben gemessene Atembewegungssignal wird ebenfalls an die Steuer- und Recheneinheit 11 weitergegeben und dort bei der Berechnung der Position des Katheters relativ zum Herzen mit berücksichtigt. The continuously measured during the measurement of spatial positions of the catheter and reference samples respiratory motion signal is also passed on to the control and computational unit 11 and taken into consideration there when calculating the position of the catheter relative to the heart.Dies ist deshalb vorteilhaft, weil der Katheter 4 aufgrund der Atembewegung des Patienten ebenfalls im Körper bewegt wird und sich dadurch die relative Lage des Katheters 4 bezüglich der Referenzprobe 6 verändert, nicht aber oder nur in geringem Maße die relative Lage des Katheters gegenüber dem Herzen 3 . This is advantageous because the catheter 4 due to the respiratory motion of the patient is also moved in the body and is changed by the relative position of the catheter 4 with respect to the reference sample 6, but not or only to a small extent, the relative position of the catheter relative to the heart 3 ,Ohne Berücksichtigung der Atembewegungsphase bei der Messung der Raumposition des Katheters 4 würde somit die Umrechnung der Raumposition des Katheters 4 in eine Position relativ zum Herzen 3 möglicherweise Fehler ergeben. Excluding the respiratory motion phase when measuring the spatial position of the catheter 4 so the conversion of the spatial position of the catheter 4 would possibly result in a position relative to the heart 3 errors.Ggf. Possibly.ist auch die Patienten- Referenzprobe 21 ausreichend, um die Funktion der Atembewegungssensors 15 und der Atembewegungsmeßeinheit 16 zu erfüllen, so daß diese Elemente entfallen können. and the patient reference sample 21 is sufficient to fulfill the function of the respiratory motion sensor 15 and the Atembewegungsmeßeinheit 16, so that these elements can be omitted.

Weiter ist bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform eine Ultraschalleinrichtung 17 vorgesehen, die mit einer Bilddatenerfassungseinheit 18 verbunden ist und mittel der auch während der Behandlung aktuelle 3D-Bilddatensätze in Echtzeit erfaßt werden können. Next, an ultrasonic device 17, in the embodiment shown in Fig. 5 embodiment is provided which is connected to an image data acquisition unit 18 and the current during treatment 3D image data sets may be recorded medium in real time.Diese aktuellen 3D-Bilddatensätze können dann über eine Zuleitung 19 den einzelnen Bewegungsphasen zugeordnet und in die Speichereinheit 12 mit aufgenommen werden. These current 3D image data sets may then be assigned via a supply line 19 to the individual phases of motion and included in the storage unit 12thEs ist auch eine Weitergabe an die Steuer- und Recheneinheit 11 möglich, wo die aktuellen 3D-Bilddatensätze mit ausgewertet werden. It is also passed on to the control and computing unit 11 possible where the current 3D image data sets are evaluated.Dies kann zu einer Erhöhung der Genauigkeit der Positionsbestimmung des Katheters 4 und verbesserter Bildqualität bzw. aktuelleren Bildern der den Katheter umgebenden Anatomie führen, da die Erfassung der in der Bilddatenbank gespeicherten 3D-Bilddatensätze präoperativ erfolgte und sich die Anatomie oder deren Lage möglicherweise geringfügig seitdem geändert hat. This can lead to an increase in the accuracy of position determination of the catheter 4, and improved image quality or more recent images of surrounding the catheter anatomy, since the detection of the data stored in the image database 3D image data sets before surgery was performed and the anatomy or their position changed may be slightly different since Has.